水工結(jié)構(gòu)工程的耐久性設(shè)計分析

李旭

摘 要：在我國的水利工程建設(shè)以及生產(chǎn)過程中，耐久性是一個非常重要的問題。由于水工結(jié)構(gòu)比較特殊且部分結(jié)構(gòu)可能很復(fù)雜，因此在其設(shè)計過程中要非常慎重，要重視其耐久性的相關(guān)設(shè)計，有效地規(guī)避水工結(jié)構(gòu)工程的失效問題，保障整個工程的安全運行。本文主要針對水工結(jié)構(gòu)工程的耐久性設(shè)計進行詳細地論述以及分析，希望能有效地提升我國水利工程的設(shè)計質(zhì)量，同時為水利行業(yè)的發(fā)展以及創(chuàng)新貢獻力量。

關(guān)鍵詞：水工結(jié)構(gòu)工程；耐久性；設(shè)計

中圖分類號：TU991 文獻標(biāo)識碼：A

水工結(jié)構(gòu)工程在我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程中占有非常重要的地位，因此在整個水利工程建設(shè)使用周期中，水工結(jié)構(gòu)必須滿足安全性、適用性及耐久性的要求。比如說要具備合理的抗拉、抗凍、抗壓、抗風(fēng)化、抗腐蝕及耐磨等性能。為了有效地實現(xiàn)水工結(jié)構(gòu)工程的耐久性目標(biāo)，在設(shè)計階段必須要保證結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計滿足工程要求。

1.影響水工結(jié)構(gòu)工程耐久性的主要問題

1.1 水工結(jié)構(gòu)工程出現(xiàn)的裂縫問題

對于水工結(jié)構(gòu)工程來說，有時候由于結(jié)構(gòu)的混凝土體積過大，在初期混凝土硬化的過程中會產(chǎn)生很多的水化熱，進而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度應(yīng)力，可能使混凝土出現(xiàn)抗拉性能減弱，從而導(dǎo)致混凝土裂縫的出現(xiàn)。另外，大體積混凝土的施工還易產(chǎn)生收縮裂縫，從而可能引起滲漏、凍融等問題。這些問題對水工結(jié)構(gòu)工程的耐久性是一種嚴峻的考驗。

1.2 水工結(jié)構(gòu)工程出現(xiàn)的凍融破壞問題

水工結(jié)構(gòu)工程中的凍融破壞主要指的是在溫度低于零度的地區(qū)，混凝土在潮濕或經(jīng)常與水接觸的環(huán)境下，由于溫度正負值交替變化，在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)凍結(jié)水的膨脹以及溶解收縮，從而使混凝土出現(xiàn)疲勞應(yīng)力，進而導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生凍融破壞現(xiàn)象。權(quán)威部門的調(diào)查研究表明，在我國有多達1/4的水工結(jié)構(gòu)工程存在凍融破壞問題，這是一個非常高的比例，必須引起我們足夠的重視。

1.3 水工結(jié)構(gòu)工程中出現(xiàn)的碳化以及鋼筋腐蝕問題

在我國的水工結(jié)構(gòu)工程建設(shè)過程中，空氣中二氧化碳以及施工中使用的水中的碳酸都能夠同水泥產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致水泥碳化，進而使混凝土表面產(chǎn)生裂縫。混凝土表面的裂縫進一步讓更多的二氧化碳進入到混凝土的內(nèi)部，如此循環(huán)往復(fù)，使混凝土出現(xiàn)中性化的變化，從而讓混凝土保護層失去作用，不能夠有效地保障鋼筋抵抗腐蝕，從而導(dǎo)致鋼筋銹蝕，使鋼筋的強度下降，進而影響了整個水工結(jié)構(gòu)工程的耐久性。

2.水工結(jié)構(gòu)工程的耐久性設(shè)計

2.1 混凝土原材料的質(zhì)量檢測要求以及方法

首先是水泥材料的選擇。要求在水泥進入施工現(xiàn)場前，要有相應(yīng)的生產(chǎn)合格證以及檢測報告。我們在接收水泥進廠的同時還要進行水泥的采樣復(fù)檢，如果復(fù)檢的水泥樣品不達標(biāo)，就要進行再次樣品檢查，如果再不達標(biāo)，我們就要拒絕此批次的水泥進入施工現(xiàn)場。

其次是細骨料的選擇。在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中我們選擇的細骨料的粒徑通常為0.16mm～5mm。細骨料在選擇上分為兩種，第一種是天然砂；第二種是人工砂。水工結(jié)構(gòu)設(shè)計要求人工砂細骨料的細度模數(shù)在2.4～2.8之間，不應(yīng)超出這一范圍；天然砂細骨料的細度模數(shù)在2.2～3.0之間，這一范圍也不能超出。同時設(shè)計還需明確提出顆粒等級及表觀密度等要求。

最后是粗骨料的選擇。在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，粒徑在5mm以上的骨料我們稱之為粗骨料，普通的粗骨料大多應(yīng)用在混凝土的澆筑過程中。我們在施工過程中必須檢驗的指標(biāo)有粗骨料的含泥量以及粗骨料的針片狀含量等，同時對于粗骨料的顆粒級配也需要給予格外的重視。

2.2 水工混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)控制

在水工結(jié)構(gòu)中，極限狀態(tài)主要有兩種，一種是承載能力狀態(tài)的極限，一種是正常使用狀態(tài)的極限。承載能力極限狀態(tài)主要指的是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載能力，或達到不適于繼續(xù)承載的變形的極限狀態(tài)；正常使用極限狀態(tài)主要指的是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用或耐久性能中某項規(guī)定限度的狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的耐久性由正常使用極限狀態(tài)控制。為了保證結(jié)構(gòu)的耐久性能，在設(shè)計的過程中需通過計算確定結(jié)構(gòu)滿足正常使用極限狀態(tài)的一個極限應(yīng)力值，保證結(jié)構(gòu)承受的荷載所產(chǎn)生的應(yīng)力不大于極限應(yīng)力。

2.3 水工結(jié)構(gòu)工程中的裂縫控制方法

一般而言，不同安全等級的水工建筑，裂縫控制指標(biāo)也會不同。現(xiàn)代工程中，裂縫的控制主要適用于一些標(biāo)準(zhǔn)彎拉構(gòu)件上。由于水工建筑結(jié)構(gòu)中經(jīng)常使用非常規(guī)桿件，所以如何控制好裂縫的寬度是水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的難點與要點。應(yīng)嚴格按照《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》等規(guī)范的要求進行裂縫寬度驗算，確保構(gòu)件裂縫寬度滿足結(jié)構(gòu)耐久性要求。

2.4 在水工結(jié)構(gòu)工程設(shè)計過程中結(jié)構(gòu)外形的設(shè)計

一個合理的結(jié)構(gòu)外形對于結(jié)構(gòu)的安全及適用性有著至關(guān)重要的作用，為了保證結(jié)構(gòu)安全耐用，構(gòu)件在設(shè)計過程中應(yīng)嚴格按照《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》等規(guī)范的要求進行撓度驗算，確保構(gòu)件不致因產(chǎn)生過大的變形而影響其耐久性。

參考文獻

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